Comments 9
Вступление статьи вводит в заблуждение, что этот способ иллюстрации электронных оболочек каким-то образом конкурирует с квантовой механикой или теорией струн. Ничего подобного нет, авторы просто взяли известные квантовые числа электронов и орбиталей и приделали им красивые колечки.
Картинки-то красивые, а вот как с их помощью объяснить, скажем, строение алмаза и графита? Или хотя бы посчитать энергии зон обычного кремния?
И как посчитать, сколько электронов содержит какая оболочка? Почему это берется как данность?
И да, а что будет, если из атома мы выбьем один электрон? Ведь тогда структура всех колечек посыпется, а мы знаем, что этого не происходит. Мы можем выбить электрон со внутренней оболочки и не тронуть внешнюю, и наоборот.
А еще как быть с тем, что мы можем измерить импульс электрона в кристалле? И эти импульсы имеют совсем не такую структуру, как тут нарисовано.
Магические слова тут — "неприводимые представления группы симметрии". Любую теорию, в которой описание электронов не преобразуется по неприводимым представлениям группы симметрии вещества, можно сразу считать экспериментально опровергнутой. У нас много данных по кристаллографии, рентгенографии и всем видам спектроскопии, чтобы уверенно заключить это.
1) Как раз объяснить можно и строение алмаза, и графита, и форму статуи Свободы. Абсолютная объяснительная сила и нулевая предсказательная — это свойство любой внутрене противоречивой теории (и наоборот — если теория обладает таким свойством, значит содержит внутренее противоречие)
2) Сколько электронов содержит какая оболочка — и квантовая физика не особо уверенно объясняет. Принцип Паули — сугубо феноменологический, следует из экспериментов. Как и многое в этом вопросе. Так что это не проблема именно излагаемой в статье теории.
3) Не вижу как оно посыпится — просто перестроится (кольца ж свой размер и число менять, очевидно, могут!). Меня тут больше смущает как раз принцип Паули.
4) Импульс элекрона в кристалле — он на общих орбиталях (i.e. зонах) — там электроны в такой модели скорее всего не обёрнуты вокруг атомов, а постоянно протискиваются между ними подгоняемые тепловыми колебаниями атомов. Самое забавное, что если развести хорошенько математику, то в такой модели можно будет и правильные «предсказания» получить (ответ-то уже известен!). Как говорится, см. п. 1)
5) Ну-у-у, бли-и-и-ин. Зачем настолько тяжёлую артиллерию в ход пускать! :) Эту фразу — «неприводимые представления группы симметрии» — её даже прочитать сложно, не то что понять вообще о чём идет речь! Но вообще да — можно подтянуть и по этому вопросу, но придётся добавить измерений. Получится этакая «детская теория струн».
P.S. Ну и самый главный вопрос-то так и не озвучили: а из чего состоят кольца? Не из пластика же!
2) Принцип Паули не очень-то феноменологический. Он выводится, но сидит гораздо глубже, чем уравнение Шредингера. Он релятивистский, а применять его приходится уже в нерелятивистском случае. В нерелятивистском случае его берут как данность, а объяснение откладывают до рассмотрения квантовой теории поля, да и там далеко не сразу.
3) Сыпется симметрия: по чисто математическим причинам (пресловутые топология и теория групп) не любые конфигурации колечек можно нарисовать. В определенных случаях колечки просто не лягут без дыр и симметрично. По той же в сущности причине, по которой нет пятиугольного паркета и по которой число платоновых тел конечно.
4) Много подгонять придется, там же матрицы 1000x1000 диагонализуются для каждой точки зоны Бриллюэна, сдохнешь колечки рисовать. Ну разве что из колечек построить саму же волновую функцию или функцию Грина и получить уравнение Шредингера.
5) Нет, без подтягивания измерений, это более простой случай. Не тот, что в теории поля, а тот, что в твердом теле. Кристалл симметричен, а электроны наследуют симметрию кристалла. В современной спектроскопии сразу же начинают говорить об орбиталях t2g и eg, в любом спектре достаточно высокого разрешения, не говоря уж об ARPES, сразу торчат уши теории групп. Чтобы колечками предсказать ARPES-спектры, придется составить из колечек представление группы симметрии кристалла. Кстати, интересная задачка для изучающих теорию групп, надо будет попробовать.
Поэтому простую кольцевую форму электрона физики пытаются трансформировать в более витиеватые тороидальные, спиральные, вихревые или фрактальные структуры.
Это неправда. Не пытаемся. Все свойства прекрасно описываются трехмерной стоячей волной, собственной функцией дифференциального оператора. Никаких там "спиральных, вихревых или фрактальных" структур для электронов в физике нет.
Там в качестве автора с менее буйной фантазией приводится Кушелев - человек, много лет добывающий энергию из свободного эфира подобно инопланетянам, построившим пирамиды как резонаторы эфира и выпаривавших воду для добычи редкоземельных элементов. Кажется, были утверждения о добыче инопланетянами таковых у него на даче из травы. А подобные модели электрона нужны для объяснения работы этих резонаторов. Что делали авторы с более буйной фантазией, сложно предположить
да атомы это хорошо только надо не надо верить авторитетам
Электронные оболочки атомов и молекул